一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料及其制备方法技术领域
本发明属于化工涂料领域，具体涉及一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料及其制备
方法。
背景技术
涂料发展历史渊源已久，3000多年前我国古代人民就能用桐油和松香等天然油
脂、树脂制作油漆。自十八世纪以来，近代自然科学的发展和有机化学的建立，为涂料的研
究奠定了坚实的理论基础，涂料正式登上工业舞台。十九世纪至二十世纪，随着高分子化学
的建立与发展，涂料开始逐步走向合成树脂时代，相继出现了环氧、氨基、硝基、聚酯、聚氨
酯、丙烯酸、有机硅、氟碳等功能涂料。二十世纪末，随着人们环保意识的增强，涂料便朝着
节能、省资源、无污染的方向发展，高固体分涂料、粉末涂料、水性涂料、电泳涂料以及辐射
固化涂料等环保涂料相继出现。进入二十一世纪，智能涂料异军突起，并向各个行业渗透，
智能涂料受到广泛关注，涂料的作用不仅限于保护性、装饰性,而是逐步朝着生态、智能的
方向发展。
智能涂料是将智能涂料或其研究方法应用于涂料制作中而形成的新型功能涂料。
它不同于传统的功能涂料，当受到刺激时，其物化性质会随着刺激变化而变化，通过形状、
颜色等形式变化而予以回应，以智能的方式表现出来。智能涂料是能以一种可控的方式和
再现的方式来感受并回应环境中的一些变化，并以改变温度、电场、压力、声音、亮度以及颜
色等形式显现出来。智能涂料的制备可分为两个阶段：初级阶段和高级阶段。前者主要以纳
米技术为基础的智能涂料；后者主要为用刺激/响应功能膜制成智能涂料，视为真正意义上
的智能涂料。
银在抗菌应用可追溯到公元前，当时的人们就知道银可以加速创口愈合、防治感
染、净化水质和保鲜防腐，用银器存放食物可以防止细菌生长、延长食物储存期。银元素具
有所谓的微动力效应，只需要极少量的银离子，就可杀死与之接触的细菌、霉菌、抱子和真
菌等微生物。由于银颗粒的尺寸变小，颗粒表面的原子数量显著增加，甚至多于颗粒内部的
原子数量，从而表现出一系列不同于块体银的优异性能，在导电浆料、杀菌、催化等方面得
到了广泛应用。将纳米银吸附于具有智能“开关”效果的改性介孔纳米颗粒中并将其分散于
涂料中，实现对纳米银的“开关”释放可达到对涂料抗菌性能的“开关”控制。
发明内容
本发明针对现有银抗菌涂料的银成分利用率低下，抗菌效率不足的问题，提供一
种配方新颖、符合当下“智能时代”主题的温敏纳米银控释智能抗菌涂料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料，按重量份数计，其原料组成为：水25~35份、丙烯酸
树脂30~40份、聚氨酯树脂20~30份、温敏纳米银控释抗菌剂2~3份、分散剂1.5~2.5份、固化
剂1~1.5份、消泡剂0.8~1份、成膜助剂0.5~0.8份和流平剂0.5~0.8份。
所述分散剂为羧酸盐类共聚物分散剂；所述固化剂为聚酰胺类固化剂；所述消泡
剂为有机硅类消泡剂；所述成膜助剂为醇醚类成膜助剂；所述流平剂为聚硅氧烷类流平剂。
所述温敏纳米银控释抗菌剂是由聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）改性的纳米介孔
SiO2吸附纳米银而得，其制备方法具体包括以下步骤：
步骤一：介孔SiO2的制备：在室温下将无水乙醇、乙醚、氨水和去离子水混合，加入十六
烷基三甲基溴化铵（CTAB）搅拌30min后滴加入正硅酸乙酯（TEOS），室温下搅拌48h，将得到
的分散液离心，减压抽滤，并将所得的固体粉末超声分散于去离子水中得介孔SiO2的分散
液，备用；
步骤二：用PNIPAM改性纳米介孔SiO2：将步骤一所得的分散液加入甲基丙烯酸-3-（三
甲氧基硅基）丙酯（MPS）室温下搅拌48h，然后离心、减压抽滤出去残余的MPS。将所得的固体
粉末超声分散至去离子水中，以N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为单体，N, N-亚甲基双丙烯酰
胺（MBA）为交联剂，KPS为引发剂，在70℃下反应4h，得到PNIPAM改性介孔SiO2分散液，备用；
步骤三：纳米银的制备及其在改性介孔SiO2内的吸附：常温下将丁二酸二辛酯磺酸钠
于十二烷中配成溶液，取等量的该溶液两份在磁力搅拌器上高速搅拌，分别滴加等体积的
AgNO3溶液和水合肼溶液，继续搅拌30 min分别得含有AgNO3的透明微乳液A和含有水合肼的
透明微乳液B，备用；将微乳液B滴加到微乳液A中，搅拌30min，用透射电镜专用的覆有碳膜
的铜网捞取上述反应制备的胶体溶液中的纳米银粒子，然后将铜网置于室温下的真空环境
中干燥30 min；在室温下，将此纳米银粒子放入步骤二中的改性介孔SiO2分散液中高速搅
拌36h，即得温敏纳米银控释抗菌剂。
如上所述的一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料的制备方法：将水、丙烯酸树脂、聚
氨酯树脂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂按比例混合均匀后，往里加入温敏纳
米银控释抗菌剂，利用机械剪切作用混合均匀即可。
本发明加入的抗菌剂中的Ag成分是吸附在聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）改性的
纳米介孔SiO2的介孔中，因PNIPAM具有一个相转变温度（32℃左右），使得其具有温度刺激/
响应特性，在32℃以上时，纳米介孔SiO2粒子表面的PNIPAM便会收缩，堵住介孔从而阻止了
内部纳米Ag的释放，当在32℃以下时，表面的PNIPAM便呈舒张状态，内部纳米Ag的释放变不
受阻碍，从而达到对纳米Ag控释的效果。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明制备的温敏纳米银智能抗菌涂料，抗菌性能优异，水性涂料不含甲醛、汞和
其他重金属，无毒、无污染、耐水性和耐候性好、附着力强。纳米银粉末吸附在纳米介孔材料
中不会沉降，涂料无变色。常温下贮存30天，涂料呈乳白状；在50℃下，贮存30天，涂料无变
色。
（2）该智能涂料，可根据需求，适当的对涂料的抗菌性能进行“开关”控制。通过对
温度的控制，来控制涂料膜层介孔纳米二氧化硅中的纳米银的释放，不仅起到对纳米银的
保护作用，又能根据需求对抗菌性能的强弱进行调控，提高了对纳米银粒子的使用效率。符
合二十一世纪“智能时代”的新理念。
附图说明
图1为介孔纳米二氧化硅SEM图；
图2为吸附纳米银后的纳米介孔二氧化硅TEM图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料，按重量份数计，其原料组成为：
水25份、丙烯酸树脂30份、聚氨酯树脂20份、温敏纳米银控释抗菌剂2份、分散剂1.5份、
固化剂1份、消泡剂0.8份、成膜助剂0.5份和流平剂0.5份。
所述温敏纳米银控释抗菌剂的制备：
步骤一：介孔SiO2的制备：在室温下将60ml的无水乙醇、10ml无水乙醚、5ml氨水、9ml去
离子水混合，加入1g的CTAB搅拌30min后，滴加入4.5ml的TEOS，室温下搅拌48h，将得到的分
散液离心，减压抽滤，并将所得的固体粉末超声分散于去离子水中得介孔SiO2的分散液备
用；
步骤二：用PNIPAM改性纳米介孔SiO2：将步骤一所得的分散液加入3ml的MPS室温下搅
拌48h，然后离心、减压抽滤出去残余的MPS。将所得的固体粉末超声分散至150ml去离子水
中，以1.5g的NIPAM为单体，0.15g的MBA为交联剂，0.03g的KPS为引发剂，在70℃下反应4h，
得到PNIPAM改性介孔SiO2分散液备用；
步骤三：纳米银的制备及其在改性介孔SiO2内的吸附：常温下将丁二酸二辛酯磺酸钠
于十二烷中配成0.1mol/L的溶液，取20ml该溶液两份在磁力搅拌器上高速搅拌；分别滴加
等体积的0.1mol/L的 AgNO3溶液和0.2mol/L的水合肼溶液，继续搅拌 30 min得含有AgNO3
的透明微乳液A和含有水合肼的透明微乳液B，备用；将B微乳液滴加入A微乳液，搅拌30min，
用透射电镜专用的覆有碳膜的铜网捞取上述反应制备的胶体溶液中的纳米银粒子，然后将
铜网置于室温下的真空环境中干燥30 min。在室温下，将此纳米银粒子放入步骤二中的改
性介孔SiO2分散液中高速搅拌36h，即得温敏纳米银控释抗菌剂。
将水、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂按比
例混合均匀后，往里加入温敏纳米银控释抗菌剂，然后利用机械剪切作用混合均匀便可制
得温敏纳米银控释智能抗菌涂料。
实施例2
一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料，按重量份数计，其原料组成为：水35份、丙烯酸树
脂40份、聚氨酯树脂30份、温敏纳米银控释抗菌剂3份、分散剂2.5份、固化剂1.5份、消泡剂1
份、成膜助剂0.8份和流平剂0.8份。
所述温敏纳米银控释抗菌剂的制备方法同实施例1。
将水、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂按比
例混合均匀后，往里加入温敏纳米银控释抗菌剂，然后利用机械剪切作用混合均匀便可制
得温敏纳米银控释智能抗菌涂料。
实施例3
一种温敏纳米银控释智能抗菌涂料，按重量份数计，其原料组成为：水30份、丙烯酸树
脂35份、聚氨酯树脂25份、温敏纳米银控释抗菌剂2.5份、分散剂2份、固化剂1.2份、消泡剂
0.9份、成膜助剂0.7份和流平剂0.6份。
所述温敏纳米银控释抗菌剂的制备方法同实施例1。
将水、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂按比
例混合均匀后，往里加入温敏纳米银控释抗菌剂，然后利用机械剪切作用混合均匀便可制
得温敏纳米银控释智能抗菌涂料。
对比例1
普通纳米银抗菌涂料，按重量分数计，其原料组成为：水25份、丙烯酸树脂30份、聚氨酯
树脂20份、纳米银抗菌剂2份、分散剂1.5份、固化剂1份、消泡剂0.8份、成膜助剂0.5份和流
平剂0.5份。
将水、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、分散剂、固化剂、消泡剂、成膜助剂和流平剂按比
例混合均匀后，往里加入纳米银抗菌剂，然后利用机械剪切作用混合均匀便可得普通纳米
银抗菌涂料。
性能测试
表1 不同温度下不同涂料抗菌性控制能力测试
通过表1对比普通纳米银抗菌涂料和温敏纳米银控释智能抗菌涂料的实验数据可看
出，本发明的涂料确实能通过对温度的控制达到对涂料抗菌能力的控制，在28℃时的细菌
杀灭率>98%，在40℃时的细菌杀灭率则调整为30%-40%，而普通纳米银抗菌涂料的细菌杀灭
率并不能随温度的变化而变化；并且本发明涂料的抗菌持久性远大于普通的纳米银抗菌涂
料，是一种智能涂料。
表2 涂料常规性能测试
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修
饰，皆应属本发明的涵盖范围。